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5.4 : Cellules eucaryotes - Biologie

5.4 : Cellules eucaryotes - Biologie


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Compétences à développer

  • Décrire la structure des cellules eucaryotes
  • Comparer les cellules animales avec les cellules végétales
  • Énoncer le rôle de la membrane plasmique
  • Résumer les fonctions des principaux organites cellulaires

Avez-vous déjà entendu l'expression « la forme suit la fonction ? » C'est une philosophie pratiquée dans de nombreuses industries. En architecture, cela signifie que les bâtiments doivent être construits pour soutenir les activités qui seront menées à l'intérieur de ceux-ci. Par exemple, un gratte-ciel devrait être construit avec plusieurs rangées d'ascenseurs ; un hôpital doit être construit de manière à ce que sa salle d'urgence soit facilement accessible.

Notre monde naturel utilise également le principe de la fonction suivant la forme, en particulier en biologie cellulaire, et cela deviendra clair à mesure que nous explorerons les cellules eucaryotes (Figure (PageIndex{1})). Contrairement aux cellules procaryotes, les cellules eucaryotes ont : 1) un noyau lié à la membrane ; 2) de nombreux organites liés à la membrane tels que le réticulum endoplasmique, l'appareil de Golgi, les chloroplastes, les mitochondries et autres; et 3) plusieurs chromosomes en forme de bâtonnet. Parce que le noyau d'une cellule eucaryote est entouré d'une membrane, on dit souvent qu'elle possède un « vrai noyau ». Le mot «organelle» signifie «petit organe» et, comme déjà mentionné, les organites ont des fonctions cellulaires spécialisées, tout comme les organes de votre corps ont des fonctions spécialisées.

À ce stade, il devrait être clair pour vous que les cellules eucaryotes ont une structure plus complexe que les cellules procaryotes. Les organites permettent de compartimenter différentes fonctions dans différentes zones de la cellule. Avant de passer aux organites, examinons d'abord deux composants importants de la cellule : la membrane plasmique et le cytoplasme.

(un B)

Figure (PageIndex{1}) : Ces figures montrent les principaux organites et autres composants cellulaires de (a) une cellule animale typique et (b) une cellule végétale eucaryote typique. La cellule végétale a une paroi cellulaire, des chloroplastes, des plastes et une vacuole centrale, des structures que l'on ne trouve pas dans les cellules animales. Les cellules végétales n'ont pas de lysosomes ou de centrosomes.

Exercice (PageIndex{1})

Si le nucléole n'était pas en mesure de remplir sa fonction, quels autres organites cellulaires seraient affectés ?

La membrane plasmique

Comme les procaryotes, les cellules eucaryotes ont une membrane plasmique (Figure (PageIndex{2})), une bicouche phospholipidique avec des protéines intégrées qui sépare le contenu interne de la cellule de son environnement environnant. Un phospholipide est une molécule lipidique avec deux chaînes d'acides gras et un groupe contenant du phosphate. La membrane plasmique contrôle le passage des molécules organiques, des ions, de l'eau et de l'oxygène dans et hors de la cellule. Les déchets (tels que le dioxyde de carbone et l'ammoniac) quittent également la cellule en passant à travers la membrane plasmique.

Les membranes plasmiques des cellules spécialisées dans l'absorption sont repliées en projections en forme de doigt appelées microvillosités (singulier = microvillosités); (Figure (PageIndex{3})). Ces cellules se trouvent généralement dans l'intestin grêle, l'organe qui absorbe les nutriments des aliments digérés. C'est un excellent exemple de fonction de suivi de forme. Les personnes atteintes de la maladie cœliaque ont une réponse immunitaire au gluten, une protéine présente dans le blé, l'orge et le seigle. La réponse immunitaire endommage les microvillosités et, par conséquent, les personnes atteintes ne peuvent pas absorber les nutriments. Cela conduit à la malnutrition, des crampes et de la diarrhée. Les patients souffrant de maladie cœliaque doivent suivre un régime sans gluten.

Le cytoplasme

Le cytoplasme est la région entière d'une cellule entre la membrane plasmique et l'enveloppe nucléaire (une structure qui sera discutée sous peu). Il est composé d'organites en suspension dans le cytosol en forme de gel, le cytosquelette et divers produits chimiques (Figure (PageIndex{1})). Même si le cytoplasme se compose de 70 à 80 pour cent d'eau, il a une consistance semi-solide, qui provient des protéines qu'il contient. Cependant, les protéines ne sont pas les seules molécules organiques présentes dans le cytoplasme. On y trouve également du glucose et d'autres sucres simples, des polysaccharides, des acides aminés, des acides nucléiques, des acides gras et des dérivés du glycérol. Des ions de sodium, de potassium, de calcium et de nombreux autres éléments sont également dissous dans le cytoplasme. De nombreuses réactions métaboliques, y compris la synthèse des protéines, ont lieu dans le cytoplasme.

Le noyau

Typiquement, le noyau est l'organite le plus important dans une cellule (Figure (PageIndex{1})). Le noyau (pluriel = noyaux) abrite l'ADN de la cellule et dirige la synthèse des ribosomes et des protéines. Regardons-le plus en détail (Figure (PageIndex{4})).

L'enveloppe nucléaire

L'enveloppe nucléaire est une structure à double membrane qui constitue la partie la plus externe du noyau (Figure (PageIndex{4})). Les membranes interne et externe de l'enveloppe nucléaire sont des bicouches phospholipidiques.

L'enveloppe nucléaire est ponctuée de pores qui contrôlent le passage des ions, des molécules et de l'ARN entre le nucléoplasme et le cytoplasme. Le nucléoplasme est le fluide semi-solide à l'intérieur du noyau, où se trouvent la chromatine et le nucléole.

Chromatine et chromosomes

Pour comprendre la chromatine, il est utile de considérer d'abord les chromosomes. Les chromosomes sont des structures à l'intérieur du noyau qui sont constituées d'ADN, le matériel héréditaire. Vous vous souvenez peut-être que chez les procaryotes, l'ADN est organisé en un seul chromosome circulaire. Chez les eucaryotes, les chromosomes sont des structures linéaires. Chaque espèce eucaryote a un nombre spécifique de chromosomes dans les noyaux des cellules de son corps. Par exemple, chez l'homme, le nombre de chromosomes est de 46, alors que chez les mouches des fruits, il est de huit. Les chromosomes ne sont visibles et distinguables les uns des autres que lorsque la cellule s'apprête à se diviser. Lorsque la cellule est dans les phases de croissance et de maintenance de son cycle de vie, les protéines sont attachées aux chromosomes et elles ressemblent à un tas de fils enroulés et enchevêtrés. Ces complexes protéine-chromosome déroulés sont appelés chromatine (Figure (PageIndex{5})); la chromatine décrit le matériau qui constitue les chromosomes à la fois condensés et décondensés.

(un B)

Figure (PageIndex{5}) : (a) Cette image montre différents niveaux d'organisation de la chromatine (ADN et protéine). (b) Cette image montre des chromosomes appariés. (crédit b : modification du travail par le NIH ; données de la barre d'échelle de Matt Russell)

Le Nucléole

Nous savons déjà que le noyau dirige la synthèse des ribosomes, mais comment fait-il cela ? Certains chromosomes ont des sections d'ADN qui codent pour l'ARN ribosomique. Une zone de coloration sombre dans le noyau appelée nucléole (pluriel = nucléoles) agrège l'ARN ribosomique avec les protéines associées pour assembler les sous-unités ribosomiques qui sont ensuite transportées à travers les pores de l'enveloppe nucléaire vers le cytoplasme.

Ribosomes

Les ribosomes sont les structures cellulaires responsables de la synthèse des protéines. Lorsqu'ils sont observés au microscope électronique, les ribosomes apparaissent soit sous forme d'amas (polyribosomes) soit sous forme de petits points uniques qui flottent librement dans le cytoplasme. Ils peuvent être attachés au côté cytoplasmique de la membrane plasmique ou au côté cytoplasmique du réticulum endoplasmique et à la membrane externe de l'enveloppe nucléaire (Figure (PageIndex{1})). La microscopie électronique nous a montré que les ribosomes, qui sont de grands complexes de protéines et d'ARN, sont constitués de deux sous-unités, appelées à juste titre grande et petite (Figure (PageIndex{6})). Les ribosomes reçoivent leurs « commandes » pour la synthèse des protéines du noyau où l'ADN est transcrit en ARN messager (ARNm). L'ARNm se déplace vers les ribosomes, qui traduisent le code fourni par la séquence des bases azotées de l'ARNm en un ordre spécifique d'acides aminés dans une protéine. Les acides aminés sont les éléments constitutifs des protéines.

Parce que la synthèse des protéines est une fonction essentielle de toutes les cellules (y compris les enzymes, les hormones, les anticorps, les pigments, les composants structurels et les récepteurs de surface), les ribosomes se trouvent dans pratiquement toutes les cellules. Les ribosomes sont particulièrement abondants dans les cellules qui synthétisent de grandes quantités de protéines. Par exemple, le pancréas est responsable de la création de plusieurs enzymes digestives et les cellules qui produisent ces enzymes contiennent de nombreux ribosomes. Ainsi, nous voyons un autre exemple de forme suivant la fonction.

Mitochondries

Les mitochondries (au singulier = mitochondrie) sont souvent appelées les « centrales électriques » ou « usines d'énergie » d'une cellule car elles sont responsables de la fabrication de l'adénosine triphosphate (ATP), la principale molécule porteuse d'énergie de la cellule. L'ATP représente l'énergie stockée à court terme de la cellule. La respiration cellulaire est le processus de fabrication de l'ATP en utilisant l'énergie chimique trouvée dans le glucose et d'autres nutriments. Dans les mitochondries, ce processus utilise de l'oxygène et produit du dioxyde de carbone comme déchet. En fait, le dioxyde de carbone que vous expirez à chaque respiration provient des réactions cellulaires qui produisent du dioxyde de carbone comme sous-produit.

En accord avec notre thème de la forme suivant la fonction, il est important de souligner que les cellules musculaires ont une très forte concentration de mitochondries qui produisent de l'ATP. Vos cellules musculaires ont besoin de beaucoup d'énergie pour garder votre corps en mouvement. Lorsque vos cellules ne reçoivent pas assez d'oxygène, elles ne produisent pas beaucoup d'ATP. Au lieu de cela, la petite quantité d'ATP qu'ils produisent en l'absence d'oxygène s'accompagne de la production d'acide lactique.

Les mitochondries sont des organites à double membrane de forme ovale (Figure (PageIndex{7})) qui ont leurs propres ribosomes et ADN. Chaque membrane est une bicouche phospholipidique enrobée de protéines. La couche interne a des plis appelés crêtes. La zone entourée par les plis est appelée matrice mitochondriale. Les crêtes et la matrice ont des rôles différents dans la respiration cellulaire.

Peroxysomes

Les peroxysomes sont de petits organites ronds entourés de membranes simples. Ils effectuent des réactions d'oxydation qui décomposent les acides gras et les acides aminés. Ils détoxifient également de nombreux poisons qui peuvent pénétrer dans le corps. (Beaucoup de ces réactions d'oxydation libèrent du peroxyde d'hydrogène, H2O2, ce qui serait dommageable pour les cellules ; Cependant, lorsque ces réactions sont confinées aux peroxysomes, les enzymes décomposent en toute sécurité le H2O2 dans l'oxygène et l'eau.) Par exemple, l'alcool est détoxifié par les peroxysomes dans les cellules du foie. Les glyoxysomes, qui sont des peroxysomes spécialisés dans les plantes, sont responsables de la conversion des graisses stockées en sucres.

Vésicules et vacuoles

Les vésicules et les vacuoles sont des sacs liés à la membrane qui fonctionnent dans le stockage et le transport. Outre le fait que les vacuoles sont un peu plus grandes que les vésicules, il existe une distinction très subtile entre elles : les membranes des vésicules peuvent fusionner avec la membrane plasmique ou d'autres systèmes membranaires à l'intérieur de la cellule. De plus, certains agents tels que les enzymes dans les vacuoles végétales décomposent les macromolécules. La membrane d'une vacuole ne fusionne pas avec les membranes d'autres composants cellulaires.

Cellules animales versus cellules végétales

À ce stade, vous savez que chaque cellule eucaryote a une membrane plasmique, un cytoplasme, un noyau, des ribosomes, des mitochondries, des peroxysomes et, dans certaines, des vacuoles, mais il existe des différences frappantes entre les cellules animales et végétales. Alors que les cellules animales et végétales ont des centres d'organisation des microtubules (MTOC), les cellules animales ont également des centrioles associés au MTOC : un complexe appelé centrosome. Les cellules animales ont chacune un centrosome et des lysosomes, contrairement aux cellules végétales. Les cellules végétales ont une paroi cellulaire, des chloroplastes et autres plastes spécialisés, et une grande vacuole centrale, contrairement aux cellules animales.

Le Centrosome

Le centrosome est un centre d'organisation des microtubules situé près des noyaux des cellules animales. Il contient une paire de centrioles, deux structures perpendiculaires l'une à l'autre (Figure (PageIndex{8})). Chaque centriole est un cylindre de neuf triplets de microtubules.

Le centrosome (l'organite d'où proviennent tous les microtubules) se réplique avant qu'une cellule ne se divise, et les centrioles semblent jouer un rôle en tirant les chromosomes dupliqués vers les extrémités opposées de la cellule en division. Cependant, la fonction exacte des centrioles dans la division cellulaire n'est pas claire, car les cellules dont le centrosome a été retiré peuvent toujours se diviser et les cellules végétales, qui manquent de centrosomes, sont capables de division cellulaire.

Lysosomes

Les cellules animales possèdent un autre ensemble d'organites que l'on ne trouve pas dans les cellules végétales : les lysosomes. Les lysosomes sont l'« élimination des déchets » de la cellule. Dans les cellules végétales, les processus digestifs se déroulent dans les vacuoles. Les enzymes présentes dans les lysosomes facilitent la dégradation des protéines, des polysaccharides, des lipides, des acides nucléiques et même des organites usés. Ces enzymes sont actives à un pH bien inférieur à celui du cytoplasme. Par conséquent, le pH dans les lysosomes est plus acide que le pH du cytoplasme. De nombreuses réactions qui ont lieu dans le cytoplasme ne pourraient pas se produire à un pH bas, donc encore une fois, l'avantage de compartimenter la cellule eucaryote en organites est évident.

La paroi cellulaire

Si vous examinez la figure (PageIndex{1})b, le schéma d'une cellule végétale, vous verrez une structure externe à la membrane plasmique appelée paroi cellulaire. La paroi cellulaire est un revêtement rigide qui protège la cellule, fournit un support structurel et donne forme à la cellule. Les cellules fongiques et protistes ont également des parois cellulaires. Alors que le principal composant des parois cellulaires procaryotes est le peptidoglycane, la principale molécule organique de la paroi cellulaire végétale est la cellulose (Figure (PageIndex{9})), un polysaccharide composé d'unités de glucose. Avez-vous déjà remarqué que lorsque vous mordez dans un légume cru, comme le céleri, il craque ? C'est parce que vous déchirez les parois cellulaires rigides des cellules de céleri avec vos dents.

Chloroplastes

Comme les mitochondries, les chloroplastes ont leur propre ADN et ribosomes, mais les chloroplastes ont une fonction totalement différente. Les chloroplastes sont des organites de cellules végétales qui effectuent la photosynthèse. La photosynthèse est la série de réactions qui utilisent le dioxyde de carbone, l'eau et l'énergie lumineuse pour produire du glucose et de l'oxygène. C'est une différence majeure entre les plantes et les animaux; les plantes (autotrophes) sont capables de fabriquer leur propre nourriture, comme les sucres, tandis que les animaux (hétérotrophes) doivent ingérer leur nourriture.

Comme les mitochondries, les chloroplastes ont des membranes externes et internes, mais dans l'espace délimité par la membrane interne d'un chloroplaste se trouve un ensemble de sacs membranaires remplis de fluide interconnectés et empilés appelés thylakoïdes (Figure (PageIndex{10})). Chaque pile de thylakoïdes est appelée un granum (pluriel = grana). Le fluide enfermé par la membrane interne qui entoure le grana s'appelle le stroma.

Les chloroplastes contiennent un pigment vert appelé chlorophylle, qui capte l'énergie lumineuse qui entraîne les réactions de la photosynthèse. Comme les cellules végétales, les protistes photosynthétiques ont également des chloroplastes. Certaines bactéries effectuent la photosynthèse, mais leur chlorophylle n'est pas reléguée à un organite.

Connexion Évolution

EndosymbioseNous avons mentionné que les mitochondries et les chloroplastes contiennent de l'ADN et des ribosomes. Vous êtes-vous demandé pourquoi ? Des preuves solides indiquent l'endosymbiose comme explication.

La symbiose est une relation dans laquelle les organismes de deux espèces distinctes dépendent les uns des autres pour leur survie. L'endosymbiose (endo- = « à l'intérieur ») est une relation mutuellement bénéfique dans laquelle un organisme vit à l'intérieur de l'autre. Les relations endosymbiotiques abondent dans la nature. Nous avons déjà mentionné que les microbes qui produisent de la vitamine K vivent à l'intérieur de l'intestin humain. Cette relation est bénéfique pour nous car nous sommes incapables de synthétiser la vitamine K. Elle est également bénéfique pour les microbes car ils sont protégés des autres organismes et du dessèchement, et ils reçoivent une nourriture abondante de l'environnement du gros intestin.

Les scientifiques ont remarqué depuis longtemps que les bactéries, les mitochondries et les chloroplastes sont de taille similaire. Nous savons également que les bactéries ont de l'ADN et des ribosomes, tout comme les mitochondries et les chloroplastes. Les scientifiques pensent que les cellules hôtes et les bactéries ont formé une relation endosymbiotique lorsque les cellules hôtes ont ingéré à la fois des bactéries aérobies et autotrophes (cyanobactéries) mais ne les ont pas détruites. Au cours de plusieurs millions d'années d'évolution, ces bactéries ingérées se sont spécialisées dans leurs fonctions, les bactéries aérobies devenant des mitochondries et les bactéries autotrophes devenant des chloroplastes.

La vacuole centrale

Auparavant, nous avons mentionné les vacuoles comme des composants essentiels des cellules végétales. Si vous regardez la figure (PageIndex{1})b, vous verrez que les cellules végétales ont chacune une grande vacuole centrale qui occupe la majeure partie de la surface de la cellule. La vacuole centrale joue un rôle clé dans la régulation de la concentration en eau de la cellule dans des conditions environnementales changeantes. Avez-vous déjà remarqué que si vous oubliez d'arroser une plante pendant quelques jours, elle se fane ? En effet, lorsque la concentration en eau dans le sol devient inférieure à la concentration en eau dans la plante, l'eau sort des vacuoles centrales et du cytoplasme. Au fur et à mesure que la vacuole centrale rétrécit, elle laisse la paroi cellulaire sans support. Cette perte de support des parois cellulaires des cellules végétales se traduit par l'aspect flétri de la plante.

La vacuole centrale soutient également l'expansion de la cellule. Lorsque la vacuole centrale contient plus d'eau, la cellule s'agrandit sans avoir à investir beaucoup d'énergie dans la synthèse d'un nouveau cytoplasme.

Sommaire

Comme une cellule procaryote, une cellule eucaryote a une membrane plasmique, un cytoplasme et des ribosomes, mais une cellule eucaryote est généralement plus grande qu'une cellule procaryote, a un véritable noyau (ce qui signifie que son ADN est entouré d'une membrane) et a d'autres membranes. organites liés qui permettent la compartimentation des fonctions. La membrane plasmique est une bicouche phospholipidique enrobée de protéines. Le nucléole du noyau est le site d'assemblage des ribosomes. Les ribosomes se trouvent soit dans le cytoplasme, soit attachés au côté cytoplasmique de la membrane plasmique ou du réticulum endoplasmique. Ils effectuent la synthèse des protéines. Les mitochondries participent à la respiration cellulaire ; ils sont responsables de la majorité de l'ATP produit dans la cellule. Les peroxysomes hydrolysent les acides gras, les acides aminés et certaines toxines. Les vésicules et les vacuoles sont des compartiments de stockage et de transport. Dans les cellules végétales, les vacuoles aident également à décomposer les macromolécules.

Les cellules animales ont également un centrosome et des lysosomes. Le centrosome a deux corps perpendiculaires l'un à l'autre, les centrioles, et a un but inconnu dans la division cellulaire. Les lysosomes sont les organites digestifs des cellules animales.

Les cellules végétales et les cellules ressemblant à des plantes ont chacune une paroi cellulaire, des chloroplastes et une vacuole centrale. La paroi cellulaire végétale, dont le composant principal est la cellulose, protège la cellule, fournit un support structurel et donne forme à la cellule. La photosynthèse a lieu dans les chloroplastes. La vacuole centrale peut se dilater sans avoir à produire plus de cytoplasme.

Connexions artistiques

[lien] Si le nucléole n'était pas capable de remplir sa fonction, quels autres organites cellulaires seraient affectés ?

[lien] Les ribosomes libres et le réticulum endoplasmique rugueux (qui contient des ribosomes) ne pourraient pas se former.

paroi cellulaire
revêtement cellulaire rigide en cellulose qui protège la cellule, fournit un support structurel et donne forme à la cellule
vacuole centrale
organite de grande cellule végétale qui régule le compartiment de stockage de la cellule, retient l'eau et joue un rôle important dans la croissance cellulaire en tant que site de dégradation des macromolécules
centrosome
région des cellules animales constituée de deux centrioles
chlorophylle
pigment vert qui capte l'énergie lumineuse qui entraîne les réactions lumineuses de la photosynthèse
chloroplaste
organite de cellule végétale qui effectue la photosynthèse
chromatine
complexe protéine-ADN qui sert de matériau de construction aux chromosomes
chromosome
structure du noyau constituée de chromatine contenant de l'ADN, le matériel héréditaire
cytoplasme
région entière entre la membrane plasmique et l'enveloppe nucléaire, constituée d'organites en suspension dans le cytosol en forme de gel, le cytosquelette et divers produits chimiques
cytosol
matériau gélatineux du cytoplasme dans lequel les structures cellulaires sont suspendues
cellule eukaryotique
cellule qui a un noyau lié à la membrane et plusieurs autres compartiments ou sacs liés à la membrane
lysosome
organelle dans une cellule animale qui fonctionne comme composant digestif de la cellule; il décompose les protéines, les polysaccharides, les lipides, les acides nucléiques et même les organites usés
mitochondries
(singulier = mitochondrie) organites cellulaires responsables de la respiration cellulaire, aboutissant à la production d'ATP, principale molécule porteuse d'énergie de la cellule
enveloppe nucléaire
structure à double membrane qui constitue la partie la plus externe du noyau
nucléole
corps de coloration sombre dans le noyau qui est responsable de l'assemblage des sous-unités des ribosomes
nucléoplasme
fluide semi-solide à l'intérieur du noyau qui contient la chromatine et le nucléole
noyau
organite cellulaire qui abrite l'ADN de la cellule et dirige la synthèse des ribosomes et des protéines
organite
compartiment ou sac à l'intérieur d'une cellule
peroxysome
petit organite rond qui contient du peroxyde d'hydrogène, oxyde les acides gras et les acides aminés et détoxifie de nombreux poisons
membrane plasma
bicouche phospholipidique avec des protéines intégrées (intégrales) ou attachées (périphériques), et sépare le contenu interne de la cellule de son environnement environnant
ribosome
structure cellulaire qui réalise la synthèse des protéines
vacuole
sac membranaire, un peu plus grand qu'une vésicule, qui fonctionne dans le stockage et le transport cellulaire
vésicule
petit sac membranaire qui fonctionne dans le stockage et le transport cellulaires; sa membrane est capable de fusionner avec la membrane plasmique et les membranes du réticulum endoplasmique et de l'appareil de Golgi

1.1. Plantae - Palmier

1.2. Autotrophe

1.2.1. Contrairement aux hétérotrophes, les autotrophes sont capables de fabriquer leur propre nourriture.

1.2.2. Les plantes appartiennent à la classe des autotrophes appelées photoautotrophes, car elles se nourrissent de la lumière du soleil grâce au processus de photosynthèse.

1.3.1. Comme les animaux, les plantes ont une variété de tissus et d'organes qui remplissent des fonctions vitales pour l'organisme.

1.3.2. c'est-à-dire que la feuille est composée de plusieurs tissus différents et est le principal organe producteur de nourriture des plantes supérieures.

1.4. Multicellulaire et eucaryote

1.4.1. Les cellules végétales sont entourées d'une paroi cellulaire composée de cellulose qui fournit un support à la plante et lui permet de grandir.

1.4.1.1.1. les plantes ont des ribosomes eucaryotes


INTRODUCTION

Les alvéolés sont un groupe très diversifié d'eucaryotes, comprenant trois phylums différents - dinoflagellés, apicomplexes et ciliés - ainsi qu'un nombre croissant de lignées moins étudiées, telles que les colponemids, les chromopodellidés et les perkinsidés (1, 2). Les dinoflagellés comprennent les phototrophes, les hétérotrophes, les mixotrophes et les parasites, qui sont caractérisés par des chromosomes qui sont condensés en permanence dans un état cristallin liquide tout au long du cycle cellulaire. Récemment, des gènes codant pour des protéines de type histone (3) et un système d'encapsidation d'ADN non nucléosomique impliquant des protéines uniques (avec la plus grande similitude avec les virus) (4) ont été découverts chez les dinoflagellés. Les génomes des dinoflagellés sont généralement 10 à 100 fois plus gros que le génome humain (5) et présentent plusieurs caractéristiques inhabituelles dont les origines évolutives ne sont pas claires. De plus, les gènes des dinoflagellés sont généralement exprimés avec une séquence de tête courte épissée (SL) conservée qui est ajoutée par trans-épissage (6).

L'ancêtre des dinoflagellés et des apicomplexes était photosynthétique (7) cependant, actuellement, seuls quelques parents apicomplexes Chromera et Vitrelle et environ la moitié des dinoflagellés connus maintiennent la photosynthèse (8). Même les dinoflagellés photosynthétiques ont des génomes de plaste très réduits et fragmentés (14 gènes par rapport à un génome de plaste typique, qui contient plus de 100 gènes), car la plupart des gènes de plaste ont été transférés au noyau (7). Les génomes mitochondriaux des dinoflagellés et des apicomplexes sont encore plus réduits, n'abritant généralement que trois gènes codant pour des protéines et des fragments de gènes d'ARN ribosomique (ARNr) (9, 10), qui représentent les génomes mitochondriaux minimaux chez les espèces aérobies (11). Cependant, l'examen récent de la chaîne respiratoire dans le processus photosynthétique Chromera velia ont montré que les complexes de phosphorylation oxydative I et III étaient perdus, ne laissant que deux gènes codant pour les protéines (coxI et coxIII) et des fragments des gènes d'ARNr à coder dans la mitochondrie (11).

Plusieurs espèces de dinoflagellés peuvent produire des toxines puissantes et sont capables de former des proliférations d'algues nuisibles (HAB) qui ont un impact énorme sur les fonctions de l'écosystème (12). Les espèces du genre Alexandrie provoquent des HAB importants qui persistent pendant de longues périodes dans des conditions abiotiques et biotiques favorables (12). Alexandrie espèces produisent des neurotoxines puissantes, la saxitoxine et ses dérivés, qui sont associées à l'empoisonnement paralysant des mollusques (12) et sont susceptibles de provoquer de graves maladies humaines et de poser des problèmes économiques à la pêche.

La dynamique des HAB peut être fortement affectée par les parasites, le plus souvent les syndiniens parasites et les perkinsidés (13). Les caractéristiques morphologiques et les phylogénies moléculaires placent les deux lignées en dehors du groupe central des dinoflagellés, ainsi que les genres libres Oxyrrhis et Psammosa (1). Séquençage sur un syndinien à ramification profonde Hématodinium a révélé que le parasite a probablement perdu secondairement l'organite plastidique (14). Les Amoebophryidae (Syndinea) sont une famille exclusivement endoparasitaire qui comprend un groupe important et diversifié de séquences principalement environnementales, souvent appelée groupe alvéolé marin II (MALV-II). Amoebophryidae comprend un seul genre, Amoebophrya (15), avec sept espèces décrites qui présentent une grande diversité génétique (15). Amoebophrya les espèces peuvent infecter une grande partie des fleurs Alexandrie populations (13, 16), et cette infection a un effet direct sur la formation et la persistance du HAB (13).

Le cycle de vie de Amoebophrya a été décrit il y a plus de 40 ans et a récemment été examiné en détail en utilisant la microscopie électronique (17). Le stade infectieux vivant en liberté, le dinospore, possède deux flagelles (Fig. 1). Le dinospore s'attache à la cellule hôte et pénètre dans son cytoplasme, perdant ainsi les flagelles et s'enfermant dans une membrane parasitophore. Dans la plupart des cas, le parasite traverse l'enveloppe nucléaire de l'hôte, perdant ainsi sa membrane parasitophore (17). Le parasite en croissance commence à digérer son hôte, augmente de taille et forme finalement la structure dite de la ruche à la suite de plusieurs divisions mitotiques consécutives. La paroi de la cellule hôte se décompose alors et libère un stade vermiforme de courte durée du parasite, qui se divise en centaines de dinospores infectieuses (18). La maturation du parasite au sein de l'hôte dure 2 à 3 jours et se caractérise par des phases d'expression différentielle des gènes (19).

(UNE) Stade libre du parasite Amoebophrya. Fl, flagelle. (B) Le meilleur arbre à maximum de vraisemblance (IQ-TREE) sous le modèle LG + G4 + I + F avec des supports de bootstrap ultrarapides/non paramétriques au niveau des branches (les cercles noirs indiquent un support 100/100). (C) Relations entre Amoebophrya isolats dans une inférence PhyloBayes GTR + CAT + G4 avec des probabilités postérieures au niveau des branches, le reste de l'arbre est identique à (B) et est entièrement pris en charge au niveau de toutes les branches.

Nous présentons ici le génome complet de Amoebophrya ceratii, un parasite de l'espèce productrice de toxines Alexandrium catenella. Examiner le A. ceratii La structure et le métabolisme du génome jette un nouvel éclairage sur l'évolution précoce de caractéristiques génomiques inhabituelles chez les dinoflagellés et suggère que le parasite a perdu son organite plastidique et son génome mitochondrial, malgré le maintien d'une mitochondrie aérobie par ailleurs normale.


Lysosomes et vacuoles

Les eucaryotes ont un certain nombre de compartiments vésiculaires qui sont utilisés à diverses fins. L'un de ces compartiments est le lysosome. Les lysosomes sont impliqués dans la décomposition du matériel. Lorsque les vésicules bourgeonnent de la membrane plasmique, amenant le contenu de l'extérieur de la cellule dans le cytoplasme, elles fusionnent d'abord avec les lysosomes. Spécial des enzymes hydrolytiques dans les lysosomes dégradent le matériel contenu dans les vésicules. Les enzymes hydrolytiques sont initialement synthétisées à l'état inactif et ce n'est qu'en atteignant le lysosome qu'elles deviennent activées. Parce que les enzymes hydrolytiques actives sont compartimentées dans les lysosomes, seul le matériel dans les lysosomes est dégradé.


Figure 10. Un aperçu des lysosomes. (Cliquez pour agrandir)

Un autre organite, le vacuole, a une variété de rôles dans les cellules. Dans la plupart des cellules animales, les vacuoles sont principalement des organites de stockage. Dans les cellules végétales, ils stockent une variété de composés et sont utilisés pour contrôler la pression osmotique (pression de turgescence) de la cellule.


Voir la vidéo: Biologie cellulaire: partie 1: Cellule Eucaryote et cellule Procaryote (Octobre 2022).